The interactions between Medicago truncatula and Phytophthora medicaginis were examined using skl, a mutant blocked in ethylene perception, and a range of wild accessions of this plant species. P. medicaginis infection of M. truncatula plants resulted in compatible responses, whereas the mutant genotype was found to be hyper-susceptible to the pathogen. Phytophthora reproduction and colonization rates of Medicago tissues supported this conclusion. Infection of skl with different pathogens reinforced this observation. Ethylene production in infected A17 and skl roots showed reduced ethylene evolution in the mutant and suggested that a positive feedback loop, known as autocatalytic ethylene production, amplified the ethylene signal. To complement the study, expression analyses of defense response genes in this interaction were studied by real time RTPCR of Phytophthora-infected and mock-infected roots. The genes analyzed were PAL, CHS, IFR, ACC oxidase, GST, and PR10. The sequences needed for the analysis were found through the scrutiny of the M. truncatula EST database employing phylogenetics and bio-informatics tools. In A17 all the genes studied were up-regulated, although the specific gene expression patterns differed. The comparison of gene expression between A17 and skl genotypes allowed the differentiation between ethylene-dependent and ethylene-independent responses. Discrete results showed that ACC oxidase homologues were downregulated in the ethylene perception mutant, corroborating the ethylene observations. However, the expression of genes involved in the phenylpropanoid metabolism was increased in skl relative to A17, suggestive of an antagonism between the ethylene perception pathway and the regulation of the phenylpropanoid pathway. This result implied that Medicago phytoalexins accumulate in the disease interaction, but raised questions about their role in resistance to Phytophthora infection. This study establishes a link between mechanisms that regulate symbiotic infection and the regulation of disease resistance to Oomycete pathogens, especially P. medicaginis. The results served to identify a series of Phytophthora-induced genes, which remain pathogen-responsive even in the absence of a functional ethylene perception pathway. While it is possible that the products of these genes are involved in resistance to P. medicaginis, the present results demonstrate that ethylene perception is required for resistance.

La tolérance à la dessiccation (TD) est définie comme l'aptitude à survivre à l'état sec et à reprendre un métabolisme normal après le retour à des conditions hydriques favorables. Contrairement aux graines orthodoxes, qui acquièrent la TD au cours de leur maturation, les graines récalcitrantes ne survivent pas à la dessiccation. L'analyse comparative du développement de ces deux types de graines constitue donc un modèle intéressant pour mettre en évidence des mécanismes spécifiquement impliqués dans la TD. Par des approches protéomique et transcriptomique, ce travail a permis de caractériser le développement de graines récalcitrantes de Castanospermum australe et de le comparer à celui de graines orthodoxes de Medicago truncatula, espèce de la même sous-famille des Fabacées. Nos résultats montrent que certaines protéines de type LEA (Late Embryogenesis Abundant) sont absentes ou faiblement accumulées dans les graines matures de C. australe comparé à celles de M. truncatula. Le profil des LEA ressemble à celui du mutant Mtabi3, déficient pour le régulateur majeur de la maturation des graines orthodoxes ABI3 (ABscissic acid Insensitive 3). L'analyse transcriptomique révèle une forte répression de CaABI3 et de ses gènes cibles en fin de développement chez les graines de C. australe, alors qu'ils restent fortement exprimés tout au long de la maturation des graines de M. truncatula. Deux gènes codant pour ABI3 ont été clonés chez C. australe : CaABI3 et CaABI3-like. Par sur-expression ectopique dans des racines de M. truncatula, seul CaABI3-like est en mesure d'activer les mêmes cibles que MtABI3. De plus, CaABI3 ne complémente pas le mutant abi3-5 d'Arabidopsis thaliana. Cette analyse renforce l'importance d'ABI3 pour expliquer la sensibilité à la TD des graines récalcitrantes. Elle révèle par ailleurs que la graine mature de C. australe présente certaines caractéristiques d'une graine prête à germer tout en exprimant de nombreux gènes de réponse au stress.

L'objectif de cette thèse est de contribuer à faire progresser les connaissances sur les interactions bénéfiques entre les plantes et les microorganismes en évaluant la contribution des systèmes de sécrétion de type III (SST3). Une synthèse des connaissances disponibles relatives aux SST3 chez les Pseudomonas non pathogènes, saprotrophes ou mutualistes, présentée chapitre I, montre que les SST3 ne sont pas cantonnés aux interactions parasites ou pathogènes avec les plantes. Dans l'étude expérimentale présentée chapitre II, nous avons utilisé différents génotypes de Medicago truncatula Gaertn. cv. Jemalong capables (Myc+) ou non (Myc-) d'établir une symbiose mycorhizienne. Ce travail nous a permis de montrer que les Pseudomonas spp. fluorescents possédant un SST3 (SST3+) sont préférentiellement associés aux racines mycorhizées des génotypes Myc+ de M. truncatula (J5 et TRV48) plutôt qu'aux racines du mutant Myc- (TRV25) et au sol nu. Ainsi, la plante seule n'est pas à l'origine de la présence accrue des Pseudomonas SST3+. La colonisation de la racine par les champignons mycorhizogènes à arbuscules (CMA), le développement du mycélium intraradiculaire et/ou la formation associée d'arbuscules, sont également déterminants. Dans l'étude présentée chapitre III, nous avons comparé les effets de la souche modèle promotrice de mycorhization (MHB) P. fluorescens C7R12 (SST3+) et de son mutant C7SM7 (SST3-), sur la mycorhization et la croissance de M. truncatula dans un sol non stérile. Ce travail a permis de montrer que le SST3 de C7R12 contribue à l'effet MHB de la bactérie. La promotion de la colonisation de la racine de M. truncatula par les CMA indigènes induite par le SST3 de C7R12 s'est traduite par une amélioration de la croissance de la plante. En revanche, l'inactivation du SST3 chez C7SM7 a eu un impact délétère sur la colonisation de la racine de M. truncatula par les CMA du sol étudié et sur la croissance de la plante. L'observation d'effets quantitatifs opposés entre C7R12 et C7SM7, nous a conduits à nous interroger sur l'existence d'un effet différentiel de l'inoculation de ces bactéries sur la structure et la diversité des communautés des microorganismes associés. Dans une étude présentée chapitre IV, le suivi dynamique en parallèle de la structure des communautés totales bactériennes (B-RISA) et fongiques (F-RISA) et de la colonisation de la racine par les CMA a été réalisée. Aucun effet de l'inoculation n'a été observé sur la structure des communautés fongiques de la rhizosphère ou des racines. En revanche, la structure des communautés bactériennes a varié selon que les plantes aient été inoculées ou non et selon la souche inoculée. Néanmoins, ces différences ont été observées plusieurs semaines après les effets de l'inoculation de C7R12 ou de C7SM7 sur la colonisation de la racine par les CMA. Ce décalage dans le temps, suggère que les différences observées dans la structure des communautés bactériennes pourraient être une conséquence plutôt qu'une cause des variations observées sur la mycorhization de M. truncatula. Nos résultats n'ont pas permis de mettre en évidence d'effets de l'inoculation sur la diversité des populations des bactéries fixatrices d'azote présentes dans les nodosités de M. truncatula. L'analyse des séquences de la grande sous-unité de l'ADN ribosomique (LSU rDNA) amplifiées à partir d'ADN extrait des racines, a montré pour les plantes inoculées et non inoculées, que les populations de CMA étaient majoritairement apparentées à Glomus intraradices. Un groupe d'isolats spécifiquement associé aux racines inoculées avec C7R12 et apparenté à G. claroideum a été décrit. Le groupe spécifique pourrait être associé à l'amélioration de la mycorhization observée dans les racines inoculées avec C7R12. Néanmoins, compte tenu de sa faible représentation numérique (8%), il semble probable que l'inoculation de C7R12 ait aussi un effet quantitatif sur la colonisation de la racine de M. truncatula par les CMA. etc

La majorité des plantes terrestres forment une symbiose racinaire avec des champignons mycorhiziens à arbuscules (MA). Les champignons fournissent à la plante de l'eau et des minéraux en particulier du phosphate (Pi), en échange les plantes leur apportent des éléments carbonés. La fertilisation phosphatée est connue pour inhiber l'interaction symbiotique, mais les mécanismes intervenant dans cette régulation sont inconnus. Nous avons montré que le Pi est capable d'inhiber presque totalement la mycorhization à un stade très précoce, avant même l'attachement du champignon à la surface de l'épiderme racinaire. Cette inhibition est liée aux teneurs en Pi dans les parties aériennes et fait intervenir une signalisation systémique. Par la suite, nous avons cherché à identifier les mécanismes impliqués dans la régulation de la mycorhization par le Pi. Les évènements précoces d'interaction ont été examinés avec un intérêt marqué pour les exsudats racinaires. Tout d'abord, nous avons analysé l'importance des strigolactones dans la régulation. Ces molécules sont sécrétées par les racines des plantes et stimulent le développement des champignons (MA). La production de strigolactones est elle aussi régulée de façon systémique par le Pi et les exsudats végétaux de plantes non carencés en Pi sont dépourvus de strigolactones. Cependant, un ajout exogène de ces molécules ne suffit pas pour lever l'inhibition associée à la présence de Pi. De plus, la part des exsudats végétaux en général dans cette régulation a été étudiée. Bien que les exsudats jouent un rôle pour favoriser (ou non) la mise en place de l'interaction, des mécanismes de contrôle supplémentaires existent au niveau de la racine elle-même. Parmi plusieurs mécanismes régulateurs hypothétiques nous avons testé si le Pi pouvait affecter la capacité des plantes à reconnaitre correctement leurs partenaires fongiques. Pour cela nous avons utilisé deux approches. (i) Il est connu que les racines répondent à la présence de champignon par des oscillations de concentrations en calcium dans les noyaux. Nous n'avons pas trouvé d'effet du Pi sur cette réponse. (ii) Nous avons aussi analysé si l'expression de gènes végétaux en réponse au champignon pouvait être régulée par le Pi. Quelle que soit la condition phosphatée testée, les plantes sont capables de répondre à la présence de champignon par l'induction de gènes de défense et de gènes " symbiotiques ". Cependant, le Pi affecte négativement l'expression de certains des gènes symbiotiques, laissant penser que les plantes seraient moins à même de répondre au champignon lorsqu'il y a du Pi. Pour finir, d'autres mécanismes de régulation possibles (tels que la composition des parois ou un effet hormonal des strigolactones) sont proposés et discutés.

L'objectif de cette thèse est de contribuer à faire progresser les connaissances sur les interactions bénéfiques entre les plantes et les microorganismes en évaluant la contribution des systèmes de sécrétion de type III (SST3). Une synthèse des connaissances disponibles relatives aux SST3 chez les Pseudomonas non pathogènes, saprotrophes ou mutualistes, présentée chapitre I, montre que les SST3 ne sont pas cantonnés aux interactions parasites ou pathogènes avec les plantes. Dans l’étude expérimentale présentée chapitre II, nous avons utilisé différents génotypes de Medicago truncatula Gaertn. cv. Jemalong capables (Myc+) ou non (Myc-) d’établir une symbiose mycorhizienne. Ce travail nous a permis de montrer que les Pseudomonas spp. fluorescents possédant un SST3 (SST3+) sont préférentiellement associés aux racines mycorhizées des génotypes Myc+ de M. truncatula (J5 et TRV48) plutôt qu’aux racines du mutant Myc- (TRV25) et au sol nu. Ainsi, la plante seule n’est pas à l’origine de la présence accrue des Pseudomonas SST3+. La colonisation de la racine par les champignons mycorhizogènes à arbuscules (CMA), le développement du mycélium intraradiculaire et/ou la formation associée d’arbuscules, sont également déterminants. Dans l’étude présentée chapitre III, nous avons comparé les effets de la souche modèle promotrice de mycorhization (MHB) P. fluorescens C7R12 (SST3+) et de son mutant C7SM7 (SST3-), sur la mycorhization et la croissance de M. truncatula dans un sol non stérile. Ce travail a permis de montrer que le SST3 de C7R12 contribue à l’effet MHB de la bactérie. La promotion de la colonisation de la racine de M. truncatula par les CMA indigènes induite par le SST3 de C7R12 s’est traduite par une amélioration de la croissance de la plante. En revanche, l’inactivation du SST3 chez C7SM7 a eu un impact délétère sur la colonisation de la racine de M. truncatula par les CMA du sol étudié et sur la croissance de la plante. L’observation d’effets quantitatifs opposés entre C7R12 et C7SM7, nous a conduits à nous interroger sur l’existence d’un effet différentiel de l’inoculation de ces bactéries sur la structure et la diversité des communautés des microorganismes associés. Dans une étude présentée chapitre IV, le suivi dynamique en parallèle de la structure des communautés totales bactériennes (B-RISA) et fongiques (F-RISA) et de la colonisation de la racine par les CMA a été réalisée. Aucun effet de l’inoculation n’a été observé sur la structure des communautés fongiques de la rhizosphère ou des racines. En revanche, la structure des communautés bactériennes a varié selon que les plantes aient été inoculées ou non et selon la souche inoculée. Néanmoins, ces différences ont été observées plusieurs semaines après les effets de l’inoculation de C7R12 ou de C7SM7 sur la colonisation de la racine par les CMA. Ce décalage dans le temps, suggère que les différences observées dans la structure des communautés bactériennes pourraient être une conséquence plutôt qu’une cause des variations observées sur la mycorhization de M. truncatula. Nos résultats n’ont pas permis de mettre en évidence d’effets de l’inoculation sur la diversité des populations des bactéries fixatrices d’azote présentes dans les nodosités de M. truncatula. L’analyse des séquences de la grande sous-unité de l’ADN ribosomique (LSU rDNA) amplifiées à partir d’ADN extrait des racines, a montré pour les plantes inoculées et non inoculées, que les populations de CMA étaient majoritairement apparentées à Glomus intraradices. Un groupe d’isolats spécifiquement associé aux racines inoculées avec C7R12 et apparenté à G. claroideum a été décrit. Le groupe spécifique pourrait être associé à l’amélioration de la mycorhization observée dans les racines inoculées avec C7R12. Néanmoins, compte tenu de sa faible représentation numérique (8%), il semble probable que l’inoculation de C7R12 ait aussi un effet quantitatif sur la colonisation de la racine de M. truncatula par les CMA. etc / No abstract

[ES] Las leguminosas son un grupo de plantas consideradas de gran importancia por su valor nutricional para la alimentación humana y ganadera. Además, las familias de leguminosas se caracterizan por rasgos distintivos de desarrollo como su inflorescencia compuesta y su compleja ontogenia floral. Para comprender mejor estas características distintivas, es importante estudiar los genes reguladores clave involucrados en el desarrollo de la inflorescencia y la flor. El gen SUPERMAN (SUP) es un factor transcripcional de dedos de zinc (Cys2-Hys2) considerado como un represor activo que controla el número de estambres y carpelos en A. thaliana. Además, SUP está involucrado en la terminación del meristemo floral y el desarrollo de los tejidos derivados del carpelo. El objetivo principal de este trabajo fue la caracterización funcional del ortólogo de SUP en la leguminosa modelo Medicago truncatula (MtSUP). Logramos este objetivo en base a un enfoque de genética reversa, análisis de expresión génica y ensayos de complementación y sobreexpresión. Nuestros resultados muestran que MtSUP es el gen ortólogo de SUP en M. truncatula. MtSUP comparte algunos de los roles ya descritos para SUP con algunas variaciones. Curiosamente, MtSUP controla la determinación del meristemo inflorescente secundario (I2) y de los primordios comunes (CP) a pétalos y estambres. Por tanto, MtSUP controla el número de flores y de pétalos-estambres que producen el meristemo I2 y los primordios comunes, respectivamente. MtSUP muestra funciones novedosas para un gen de tipo SUP, desempeñando papeles clave en los meristemos que confieren complejidad de desarrollo a esta familia de angiospermas. Este trabajo permitió identificar a MtSUP, un gen clave que forma parte de la red reguladora genética que subyace al desarrollo de la inflorescencia compuesta y de las flores en la leguminosa modelo M. truncatula. / [CA] Les lleguminoses són un gran grup de plantes considerades de gran importància pel seu valor nutricional per a l'alimentació humana i ramadera. A més, les famílies de lleguminoses es caracteritzen per trets distintius de desenrotllament com la seua inflorescència composta i la seua complexa ontogènia floral. Per a comprendre millor estes característiques distintives, és important estudiar els gens reguladors clau involucrats en la inflorescència i el desenrotllament floral. El gen SUPERMAN (SUP) és un factor transcripcional de dits de zinc (Cys2-Hys2) considerat com un repressor actiu que controla el nombre d'estams i carpels en A. thaliana. A més, SUP està involucrat en la terminació del meristemo floral i el desenrotllament dels teixits derivats del carpel. "L'objectiu principal d'este treball va ser la caracterització funcional de l'ortòleg de SUP en la lleguminosa model Medicago truncatula (MtSUP) . Aconseguim l'objectiu amb base en un enfocament genètic invers, anàlisi d'expressió gènica i assajos de complementació i sobreexpressió. Els nostres resultats mostren que MtSUP és el gen ortòleg de SUP en M. truncatula. MtSUP compartix alguns dels rols ja descrits per a SUP amb variacions. Curiosament, MtSUP està involucrat en la determinació del meristemo de la inflorescència secundària (I2) i els primordios comuns (CP). Per tant, MtSUP controla el nombre de flors i pètals-estams que produïxen el meristemo I2 i els primordios comuns, respectivament. MtSUP mostra funcions noves per a un gen tipus SUP, exercint papers clau en els meristemos que conferixen complexitat de desenrotllament a esta família d'angiospermes. "Este treball va permetre identificar a MtSUP, un gen clau que forma part de la xarxa reguladora genètica darrere de la inflorescència composta i el desenrotllament de flors en la lleguminosa model M. truncatula. / [EN] Legumes are a large group of plants considered of great importance for their nutritional value in human and livestock nutrition. Besides, legume families are characterized by distinctive developmental traits as their compound inflorescence and complex floral ontogeny. For a better understanding of these distinctive features is important to study key regulatory genes involved in the inflorescence and floral development. The SUPERMAN (SUP) gene is a zinc-finger (Cys2-Hys2) transcriptional factor considered to be an active repressor that controls the number of stamens and carpels in A. thaliana. Moreover, SUP is involved in the floral meristem termination and the development of the carpel marginal derived tissues. The main objective of this work was the functional characterization of the SUP orthologue in the model legume Medicago truncatula (MtSUP). We achieved this objective based on a reverse genetic approach, gene expression analysis, and complementation and overexpression assays. Our results show that MtSUP is the orthologous gene of SUP in M. truncatula. MtSUP shares some of the roles already described for SUP with variations. Interestingly, MtSUP controls the determinacy of the secondary inflorescence (I2) meristem and the common primordia (CP). Thus, MtSUP controls the number of flowers and petal-stamens produced by the I2 meristem and the common primordia respectively. MtSUP displays novel functions for a SUP-like gene, playing key roles in the meristems that confer developmental complexity to this angiosperm family. This work allowed to identify MtSUP, a key gene that participates in the genetic regulatory network underlying compound inflorescence and flower development in the model legume M. truncatula. / I would like to thanks the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness for the grant (MINECO; BIO2016-75485-R) that supported this work. Special thanks to the Generalitat Valenciana for funding my doctorate with the Santiago Grisolía predoctoral scholarships / Rodas Méndez, AL. (2021). MtSUPERMAN controls the number of flowers per inflorescence and floral organs in the inner three whorls of Medicago truncatula [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/171474 / TESIS

Die arbuskuläre Mykorrhiza (AM) ist eine mutualistische Symbiose, die die Phosphataufnahme und Pathogenresistenz von Pflanzen verbessern kann. In der vorliegenden Doktorarbeit wurde die Rolle der Protonen-pumpenden ATPase MtHA1 für die AM Symbiose in Medicago truncatula untersucht. In MtHA1 Mutanten konnten AM Pilze nur noch verkürzte Arbuskel ohne typische Verzweigungen ausbilden. Dies zeigte sich auch in Expressionsmustern von Genen, die für Proteine in verschiedenen Bereichen der periarbuskulären Membran kodieren. Außerdem waren AM Pilzbesiedelung, die verbesserte Nährstoffaufnahme und die Wachstumsförderung in MtHA1 mutierten Pflanzen reduziert. Die Mykorrhiza-induzierte Resistenz (MIR) wurde näher in M. truncatula Pflanzen untersucht, die von Aphanomyces euteiches infiziert waren, dem Erreger einer Wurzelfäule in Leguminosen. In einem geteilten Wurzelsystem, das eine hohe Expression von Verteidigungsgenen aufwies, unterdrückte ein AM Pilz diese Expression und erhöhte in Folge die Empfindlichkeit für das Pathogen. In Wurzeln von Topfkulturen dagegen konnte eine typische MIR beobachtet werden, die wahrscheinlich auf erhöhter Aktivität der Jasmonat/Ethylen-regulierten Verteidigungsantwort beruht, verursacht durch eine Unterdrückung der Salizylsäuresynthese. Im Ergebnis zeigt diese Arbeit die bedeutende Rolle des Gens MtHA1 für die Bildung und Funktion der arbuskelhaltigen Zellen. Die Mutation des Gens führt zur verminderten Arbuskelverzweigung, reduzierter Phosphataufnahme und Wachstumsförderung in der Mykorrhiza und schließlich zu einer geringeren Gesamtbesiedelung durch den AM Pilz. Genexpressionsanalysen weisen darauf hin, dass unterschiedliche Mechanismen den lokalen und systemischen Wechselwirkungen zwischen AM Pilzen und Pathogenen in der Wurzel zu Grunde liegen. Verschieden physiologische Zustände von geteilten Wurzelsystemen und Wurzeln in Topfkulturen erschweren allerdings einen direkten Vergleich der beiden experimentellen Ansätze. / Arbuscular mycorrhiza (AM) is a wide spread mutualistic symbiosis, which can improve phosphate acquisition and pathogen resistance of plants. In the current Ph.D. thesis the role of a proton pumping ATPase (MtHA1) for the AM symbiosis in Medicago truncatula was investigated. In MtHA1 mutant plants, different AM fungi only developed truncated arbuscules without forming typical hyphal branches, and this phenotype was mirrored by expression patterns of genes for proteins located in different areas of the periarbuscular membrane. AM fungal colonization, improved phosphate uptake and plant growth promotion were reduced in MtHA1 mutant plants. Mycorrhiza-induced resistance (MIR) and the nodule symbiosis were, however, not affected. MIR was further analyzed in the M. truncatula infected with Aphanomyces euteiches which causes a root-rot disease in legumes. In a split root system showing high levels of defense-gene expression, colonization of an AM fungus reduced this expression and in consequence increased susceptibility of the roots for the pathogen. In roots of pot cultures, however, a typical MIR was observed and could be based on the higher activity of jasmonate/ethylene-regulated defense responses due to suppression of salicylic acid biosynthesis. In conclusion, this work shows that the gene MtHA1 encoding a proton pumping-ATPase plays a critical role in the formation and function of arbuscule-containing cells. Expression of the mutated gene results in reduced formation of arbuscule branches. This in turn negatively influences mycorrhizal phosphate uptake, plant growth promotion and overall mycorrhizal colonization of the roots. Gene expression analyses indicate that different mechanisms underlay local and systemic interactions between the mycorrhizal fungus and the root pathogen. The different physiological stages of pot culture and split root system make a comparison of the two experimental approaches, however, difficult.

In plants, long distance transport of sugars from photosynthetic source leaves to sink organs comprises different crucial steps depending on the species and organ types. Sucrose, the main carbohydrate for long distance transport is synthesized in the mesophyll and then loaded into the phloem. After long distance transport through the phloem vessels, sucrose is finally unloaded towards sink organs. Alternatively, sugar can also be transferred to non‐plant sinks and plant colonization by heterotrophic organisms increases the sink strength and creates an additional sugar demand for the host plant. These sugar fluxes are coordinated by transport systems. Main sugar transporters in plants comprise sucrose (SUTs) and monosaccharide (MSTs) transporters which constitute key components for carbon partitioning at the whole plant level and in interactions with fungi. Although complete SUTs and MSTs gene families have been identified from the reference Dicot Arabidopsis thaliana and Monocot rice (Oriza sativa), sugar transporter families of the leguminous plant Medicago truncatula, which represents a widely used model for studying plant-fungal interactions in arbuscular mycorrhiza (AM), have not yet been investigated.With the recent completion of the M. truncatula genome sequencing as well as the release of transcriptomic databases, monosaccharide and sucrose transporter families of M. truncatula were identified and now comprise 62 MtMSTs and 6 MtSUTs. I focused on the study of the newly identified MtSUTs at a full family scale; phylogenetic analyses showed that the 6 members of the MtSUT family distributed in all three Dicotyledonous SUT clades; they were named upon phylogenetic grouping into particular clades: MtSUT1-1, MtSUT1-2, MtSUT1-3, MtSUT2, MtSUT4-1 and MtSUT4-2. Functional analyses by yeast complementation and expression profiles obtained by quantitative RT-PCR revealed that MtSUT1-1 and MtSUT4-1 are H+/sucrose symporters and represent key members of the MtSUT family. Conservation of transport capacity between orthologous leguminous proteins, expression profiles and subcellular localization compared to previously characterized plant SUTs indicate that MtSUT1-1 is the main protein involved in phloem loading in source leaves whilst MtSUT4-1 mediates vacuolar sucrose export for remobilization of intracellular reserve.The AM symbiosis between plants and fungi from the phylum Glomeromycota is characterized by trophic exchanges between the two partners. The fungus supplies the autotrophic host with nutrients and thereby promotes plant growth. In return, the host plant provides photosynthate (sugars) to the heterotrophic symbiont. Here, sugar fluxes from plant source leaves towards colonized sink roots in the association between the model leguminous plant M. truncatula and the arbuscular mycorrhizal fungus (AMF) Glomus intraradices were investigated. Sugar transporter candidates from both the plant and fungal partners presenting differential expression profiles using available transcriptomic tools were pinpointed. Gene expression profiles of MtSUTs and sugar quantification analyses upon high and low phosphorus nutrient supply and inoculation by the AMF suggest a mycorrhiza-driven stronger sink in AM roots with a fine-tuning regulation of MtSUT gene expression. Conserved regulation patterns were observed for orthologous SUTs in response to colonization by glomeromycotan fungi.In parallel, a non-targeted strategy consisting in the development of a M. truncatula - G. intraradices expression library suitable for yeast functional complementation and screening of symbiotic marker genes, similar to the approach that led to the identification of the first glomeromycotan hexose transporter (GpMST1), has been developed in this study. [...]

La morphogenèse aérienne inclut des caractères de croissance, de développement et de phénologie, et conditionne fortement la valeur d'usage des Légumineuses. Parmi ces caractères, la floraison est un événement majeur du cycle de vie car elle est déterminante pour le succès reproductif. Elle correspond à la transition généralement non réversible d'un méristème végétatif produisant des feuilles et tiges, en un méristème floral. La régulation de ce phénomène morphogénétique est le fait d'un réseau complexe de signalisations. Les légumineuses cultivées ont souvent des génomes complexes. C'est le cas de la luzerne (Medicago sativa), espèce fourragère pérenne, tétraploïde et allogame ainsi que du pois (P. sativum) qui présente un génome de grande taille. Des études précises peuvent être menées sur la légumineuse modèle Medicago truncatula, espèce diploïde, annuelle, à cycle court et autogame. De nombreuses ressources génétiques et génomiques sont disponibles chez cette espèce qui possède un fort degré de synténie avec la luzerne et le pois. De plus des gènes intervenant dans le déterminisme de la date de floraison ont été décrits chez A. thaliana et chez le pois. L'objectif de la thèse est d'identifier des zones du génome et des gènes en utilisant les connaissances et outils développés chez M. truncatula, A. thaliana et P. sativum dans le déterminisme génétique de la date de floraison chez M. truncatula. Après une analyse de l'effet de la photopériode sur la date de floraison d'une gamme de lignées, une approche " gènes candidats positionnels " a été mise en oeuvre. La méthodologie employée consiste à montrer la variabilité génétique de la date de floraison en réponse à la photopériode, rechercher des QTL (Quantitative Trait Locus) de date de floraison dans trois populations connectées de lignées recombinantes, réaliser une méta-analyse QTL afin de détecter les régions conservées dans le contrôle du caractère entre populations, cartographier finement un QTL majeur et repérer les gènes candidats présents dans son intervalle de confiance. L'expression de ces gènes a été comparée pour deux lignées afin d'associer au caractère les gènes différentiellement exprimés. En chambre de culture, la date de floraison de huit lignées a été mesurée sous deux traitements : 12 heures et 18 heures d'éclairement. Les données montrent qu'il existe de la variabilité génétique pour la date de floraison entre ces huit lignées, que la floraison est plus précoce en jours longs qu'en jours courts et qu'il existe une interaction lignée x photopériode. Un QTL majeur de date de floraison a pu être repéré sur le groupe de liaison 7 dans les trois populations de lignées recombinantes expliquant de 10 à 60 % de la variabilité observée. En méta-analyse sur les trois populations, un QTL consensus a été mis en évidence ayant un intervalle de confiance de seulement 0.9 cM. La cartographie fine de ce QTL a été réalisée sur la descendance (1663 plantes) d'une plante F6 hétérozygote au QTL détecté dans la population LR4. L'intervalle du QTL ainsi détecté couvre 2.4 cM. Six gènes homologues de gènes de floraison décrits chez A. thaliana ont été identifiés dans l'intervalle de ce QTL établi par cartographie fine. Leur séquençage pleine longueur a révélé du polymorphisme entre les deux parents : pour MtCO, homologue de CONSTANS et pour MtFTLc, homologue de FT. Par contre, aucun polymorphisme n'a été détecté pour deux autres homologues de FT (MtFTLa et MtFTLb) ni pour PKS. Une analyse de l'expression différentielle par RT-PCR semi quantitative des six gènes candidats a été réalisée chez deux lignées parentales contrastées pour leur date de floraison. Seul le gène MtCO est différentiellement exprimé entre ces deux lignées ; ce gène est donc actuellement le principal candidat pour expliquer la variation du caractère révélée à ce QTL sur le chromosome7, dans ces populations.

Symbiotic nitrogen (N) fixation (SNF) occurs in specialized organs called nodules after successful interactions between legume hosts and rhizobia. Within nodule cells, N-fixing rhizobia are surrounded by plant-derived symbiosome membranes, through which the exchange of nutrients and ammonium occurs between bacteria and the host legume. Phosphorus (P) is an essential macronutrient, and N2-fixing legumes have a higher requirement for P than legumes grown on mineral N. First, I investigated the impact of P deprivation on wild-type Medicago truncatula plants. My observations that plants had impaired SNF activity, reduced growth, and accumulated less phosphate in P-deficient tissues (leaves, roots and nodules) is consistent with those of similar previous studies. Galactolipids decreased with increase in phospholipids in all P-starved organs. Matrix-assisted laser desorption/ionization–mass spectrometry imaging (MALDI-MSI) of phosphatidylcholine (PC) species in nodules showed that under low P environments distributions of some PC species changed, indicating that membrane lipid remodeling during P stress is not uniform across the nodule. Secondly, a metabolomics study was carried out to test the alterations in the metabolic profile of the nodules in P-stress. GC-MS based untargeted metabolomics showed increased levels of amino acids and sugars and decline in amounts of organic acids in P deprived nodules. Subsequently, LC-MS/MS was used to quantify these compounds including phosphorylated metabolites in whole plant. My findings showed strong drop in levels of organic acids and phosphorylated compounds in P deprived leaves with moderate reduction in P deprived roots and nodules. Moreover, sugars and amino acids were elevated in whole plant under P deprivation. Finally, the last project of my thesis involved studying the response of PDIL3 (Phosphate Deficiency-Induced LncRNA-3) a long non-coding RNA (lncRNA) mutant under severe P stress. PDIL3 is known to regulate Pi-deficiency signaling and transport in M. truncatula (Wang et al., 2017). My results confirmed that in P starvation, pdil3 plants showed better shoot growth, accumulated more phosphate in shoots, had impaired SNF and less rhizobial occupancy in nodules than WT. Subsequently, MALDI–MS imaging was used to spatially map and compare the distribution of phosphatidylcholine (PC) species in nodules of pdil3 and WT in P-replete and P-depleted conditions. Several PC species showed changes in distributions in pdil3 nodules compared to WT in both P sufficient and P deprived conditions. These data suggest that PDIL3's role is not just suppression of the Pi transporter, but it may also influence P partitioning between shoots and nodulated roots, meriting further investigation.